Un’ulteriore differenza tra metodo semi-stazionario e metodo dinamico si ha nel calcolo del fattore di ombreggiamento. Come anticipato il calcolo orario utilizza il metodo previsto nell’allegato E della UNI EN ISO 52016 che permette di simulare in funzione della posizione del sole come l’ombra di un aggetto o ostruzione vada a ridurre l’area del componente trasparente esposta alla radiazione diretta.

L’equazione per il calcolo del fattore di ombreggiamento è la seguente:

Il metodo semi-stazionario prevede invece l’utilizzo di tabelle mensili che forniscono direttamente il fattore di ombreggiamento in funzione del valore degli angoli rappresentati dalle immagini sottostanti, della latitudine e dell’esposizione.

Nell’esempio seguente verranno confrontati i due metodi separatamente considerando la sola finestra esposta e a sud e inserendo un aggetto avente altezza sopra la finestra di 0,5 m e profondità di 1,5 m.

Il metodo semi-stazionario tende ad avere una riduzione del carico di irraggiamento per effetto dell’ombreggiamento maggiore del metodo dinamico, questo probabilmente dovuto anche al fatto che il fattore di ombreggiamento viene applicato sia alla componente diffusa che quella diretta.

Confrontando i due metodi tra loro si nota come la presenza di aggetti tenda ad amplificare la differenza tra i valori di apporti solari calcolati.

Ripetendo la stessa analisi con una ostruzione distante 10 m e alta 6 m si ottengono invece i seguenti risultati:

Come già notato con gli aggetti, il metodo semi-stazionario calcola una maggiore attenuazione dell’irraggiamento dovuta agli ombreggiamenti. Soprattutto nei mesi centrali dell’anno, si notano riduzioni degli apporti solari, anche se il componente esposto a SUD, non dovrebbe risentire della presenza dell’ostruzione, data l’elevata altezza del sole sull’orizzonte.

A conclusione di questo articolo è interessante osservare come il metodo dinamico per ciascuna ora dell’anno vada a calcolare l’irradianza entrante attraverso i componenti trasparenti simulando la posizione del sole e quindi l’effettiva incidenza dei raggi solari sulla superficie vetrata.

I grafici mostrano come il contributo dell’irradianza sia maggiore man mano che aumenta l’incidenza del sole rispetto ad una finestra. Proprio come avviene nella realtà, nelle prime ore del giorno, la finestra esposta a Est riceve un maggior irraggiamento di quella esposta ad ovest. Si può inoltre notare come l’irraggiamento vari a seconda del periodo dell’anno; analizzando, infatti, il grafico di luglio si può osservare come l’irraggiamento che attraversa il componente esposto a Sud sia inferiore rispetto ai mesi di aprile o ottobre. Questo è dovuto al fatto che a luglio, nonostante l’irraggiamento del sole sia maggiore, la sua altezza elevata sull’orizzonte genera un angolo di incidenza minore. Come già discusso questo livello di dettaglio non è possibile con il metodo semi-stazionario.

Come facilmente intuibile una delle principali differenze tra metodo semi-stazionario medio mensile e metodo dinamico orario consiste nel passo temporale con cui i carichi di irraggiamento vengono calcolati.

Il metodo semi stazionario secondo UNI TS 11300 prevede un singolo calcolo degli apporti solari per ogni mese dell’anno, partendo da dati giornalieri medio mensili contenuti nelle tabelle della norma UNI 10349. Questo approccio non permette di simulare gli effetti diurni del sole dalla sua levata al suo tramonto.

Il metodo orario secondo UNI EN ISO 52016 utilizza come dati iniziali per il calcolo degli apporti solari, i valori orari di radiazione solare, permettendo di simulare anche gli effetti di cambio intensità della radiazione solare durante il giorno e gli effetti notturni che si hanno quando la radiazione solare si annulla.

Come noto, gli apporti solari hanno effetto sia sui componenti opachi che sui componenti trasparenti, nel confronto tra metodo dinamico e metodo semi-stazionario trattato in questo articolo verranno considerati solo i carichi di irraggiamento incidenti sui componenti trasparenti.

Le equazioni che determinano i carichi di irraggiamento previste dalla UNI TS 11300-1 e dalla UNI 52016-1 sono molto simili e differiscono solo per la parte evidenziata in azzurro:

Carico Irraggiamento di un componente vetrato, k relativo ad un mese specifico, m secondo UNI/TS 11300-1:

Carico Irraggiamento di un componente vetrato, wi relativo ad un'ora specifica, t secondo UNI EN ISO 52016-1:

	è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima
	è l’irradianza solare media mensile, sulla superficie k-esima, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice C della UNI 10349
	è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all'utilizzo di schermature mobili
	è la trasmittanza di energia solare della parte trasparente del componente
	è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio e l’area proiettata totale del componente finestrato
	è l’area proiettata totale del componente vetrato (l'area del vano finestra)
	è l’irradianza solare diffusa, sulla superficie trasparente wi, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice A della UNI 10349
	è l’irradianza solare diretta, sulla superficie trasparente wi, con dato orientamento e angolo d’inclinazione sul piano orizzontale calcolata secondo appendice A della UNI 10349
	è il fattore di ombreggiamento del metodo dinamico.

Nel dettaglio le differenze tra le equazioni sono le seguenti:

Come edificio per svolgere il confronto tra i due metodi di calcolo è stato preso in considerazione la struttura di geometria cubica descritta nell’articolo precedente. Per questo esempio è stato ipotizzato che tale edificio sia ubicato a Roma e che abbia le pareti verticali orientate sui punti cardinali, si ipotizza inoltre che per ogni parete sia stata collocata la stessa tipologia di finestra avente le seguenti caratteristiche:

Prima di applicare entrambi i metodi e confrontare risultati è interessante valutare se i dati climatici di irraggiamento messi a disposizione, a parità di località di riferimento, siano simili se ricondotti allo stesso periodo di tempo.

I dati del metodo semi-stazionario sono valori di irradiazione solare giornaliera media mensile su piano orizzontale contenuti nella UNI 10349 ed espressi in MJ/m², mentre i dati del metodo dinamico provengono dall’archivio messo a disposizione dal CTI e ottenuti con la collaborazione dell’Enea e il MISE, sono valori orari di radiazione solare su piano orizzontale espressi in W/m².

Per il confronto è stato scelto di ricondurre tutti i dati in valori di irradiazione mensile espressi in MJ/m²; pertanto, entrambi i dati climatici sono stati convertiti con le seguenti procedure:

• Per quanto riguarda i dati del metodo dinamico il primo passo consiste nel convertire la radiazione solare oraria in irradiazione. Sapendo che il metodo dinamico ha passo temporale orario è facile intuire che tutti i valori di potenza espressi in W, se integrati nell’intervallo di tempo orario, possono essere intesi come valori di energia espressi in Wh. Per ottenere i valori di irradiazione mensile del metodo dinamico sarà sufficiente sommare i valori orari di radiazione solare suddividendoli nei mesi dell’anno e moltiplicare tali i risultati per 0,0036 che è il fattore di conversione da Wh a MJ.
• Per convertire l’irradiazione solare giornaliera media mensile del metodo semi-stazionario in valori mensili è sufficiente moltiplicare i valori giornalieri medio mensili per il numero di giorni presenti nel mese.

Come si nota i valori di irradianza tra i due metodi sono analoghi e pertanto è presumibile che l’archivio dei dati medio mensili sia stato creato utilizzando i dati orari messi ora a disposizione del metodo dinamico.

Osservato che i dati climatici di entrambi i metodi, sono probabilmente ricavati dallo stesso archivio climatico, è possibile confrontarli suddividendo i risultati di ogni componente trasparente per mese. 

Dall’analisi dei grafici è possibile notare che per i componenti posti a EST ed OVEST l’irradiazione del metodo semi-stazionario è sempre maggiore di quella ottenuta col metodo dinamico.

Per il componente posto a SUD l’irradianza nel metodo semi-stazionario è di molto maggiore nei mesi di gennaio, febbraio, marzo, ottobre, novembre e dicembre mentre nei restanti mesi tende ad allinearsi con i valori ottenuti col metodo dinamico.

Per il componente esposto a NORD si ha un comportamento opposto di quello riscontrato con quello esposto a SUD, si nota infatti che l’irradianza nel metodo semi-stazionario è di molto maggiore nei mesi di maggio, giugno, luglio e agosto mentre nei restanti mesi tende ad allinearsi con i valori ottenuti col metodo dinamico.

Andando a tabellare l’apporto totale per irraggiamento dei due metodi, possiamo notare una differenza massima in alcuni mesi anche superiore al 110%, la differenza annuale si attesta attorno al 50% e quindi l’irradiazione del metodo semi-stazionario è sempre maggiore del metodo dinamico.

Ripetendo la stessa analisi per altre città d’Italia si ottiene sempre lo stesso risultato, ossia uno scostamento avente un valore medio che si aggira sempre intorno al 50% e sempre con valori di irraggiamento del metodo semi-stazionario maggiore del metodo dinamico.

Un’ulteriore differenza tra metodo semi-stazionario e metodo dinamico si ha nel calcolo del fattore di ombreggiamento. Come anticipato il calcolo orario utilizza il metodo previsto nell’allegato E della UNI EN ISO 52016 che permette di simulare, in funzione della posizione del sole, come l’ombra di un aggetto o ostruzione vada a ridurre l’area del componente trasparente esposta alla radiazione diretta. Lo vedremo meglio nel prossimo articolo.

Per comprendere come il metodo RC (Resistivo Capacitivo) influisce sui risultati del metodo dinamico è stato realizzato un esempio teorico che mostra come essi cambiano al variare della capacità termica e della densità di alcuni materiali che compongono gli elementi di un edificio astratto avente geometria cubica con lato di 10 m.

L’obiettivo di questo esempio è quello di sottoporre l’edificio a una sollecitazione termica esterna e registrare come questa incide sulle strutture e sulle condizioni interne dell’edificio. In particolare, si andrà ad osservare come il sistema di riscaldamento interverrà per mantenere la temperatura interna costante e pari a 20°C.

Per far in modo che l’edificio subisca la sola influenza della temperatura dell’aria esterna, in questo esempio, sono stati esclusi gli effetti dell’irraggiamento e della radiazione infrarossa verso la volta celeste della superficie esterna ed è stato ipotizzato che nell’edificio non vi siano effetti legati alla ventilazione e ai carichi interni. L’edificio considerato giace sopra un terreno avente conduttività termica di 2 W/(m·K) e capacità termica per unità di volume di 2000 kJ/m³K. Inoltre per considerare solo l’effetto di trasmissione degli opachi sono stati trascurati gli effetti dei ponti termici e non sono state inserite porte e finestre.

L'esempio prevede 3 simulazioni della durata di 1000 ore ciascuna. In tutte le simulazioni, la temperatura esterna iniziale è di 20°C per le prime 24 ore, passa poi a 0°C per le successive 24 ore per poi tornare a 20°C fino alla fine della simulazione. Come anticipato, in ogni prova è stata variata densità e capacità termica di alcuni materiali, passando da strutture aventi bassa inerzia termica a strutture aventi inerzia maggiore. In tutte le prove l’edificio è stato posto alla stessa condizione iniziale di equilibrio, ossia con temperatura di tutti nodi e temperatura interna di 20°C.

Di seguito vengono inserite le caratteristiche dei materiali che compongono le strutture opache dell’edificio teorico di esempio e la loro stratigrafia:

Strutture Opache di 100 m² di superficie poste Nord, Est, Sud, Ovest e in Copertura:

Esempio 1: Bassa Inerzia (Esterno Verso l’Interno)

Esempio 2: Inerzia Intermedia (Esterno Verso l’Interno)

Esempio 3: Alta Inerzia (Esterno Verso l’Interno)

Dato che per tutti i casi è stata mantenuta fissa la conduttività e lo spessore, è possibile notare come i materiali aventi una maggiore densità e capacità termica tendano ad avere un valore piccolo del numero di Fourier e che applicando le equazioni viste nell’articolo precedente, minore è il numero di Fourier, maggiore è il numero di nodi in cui viene suddiviso il materiale. Possiamo quindi concludere che elementi aventi maggiore inerzia termica (avendo un maggior numero di nodi) tendono ad essere analizzati dal metodo dinamico più dettagliatamente visto il maggiore numero di equazioni di bilancio energetico che compongono il sistema.

Struttura di 100 m² di superficie a contatto con il terreno uguale per tutti e 3 gli esempi:

Di seguito vengono inserite le scomposizioni in nodi delle strutture opache e riportati i valori di capacità termica e conduttanza specifica come previsto dalla Tabella 10-bis dell’allegato Nazionale:

Struttura Opache di 100 m² di superficie poste Nord, Est, Sud, Ovest e in Copertura:

Esempio 1: Bassa Inerzia (Esterno Verso l’Interno)

Esempio 2: Inerzia Intermedia (Esterno Verso l’Interno)

Esempio 3: Alta Inerzia (Esterno Verso l’Interno)

Struttura di 100 m² di superficie a contatto con il terreno uguale per tutti e 3 gli esempi:

Per tutti i casi la temperatura virtuale del terreno è pari a 19,6 °C ed è stata ottenuta dal metodo di calcolo previsto dalla UNI EN ISO 13370. Sommando tutti i nodi delle strutture che compongono l’edificio e aggiungendo l’equazione di bilancio globale di zona è possibile ottenere il numero di equazioni che compongono il sistema di bilancio energetico:

• Bassa Inerzia: 95
• Inerzia Intermedia: 105
• Alta Inerzia: 130

Avendo tutte le informazioni necessarie per avviare il calcolo dinamico sono state eseguite le 3 simulazioni di cui sono stati riportati i risultati nel grafico sottostante:

Nel grafico a doppia scala è possibile notare come il metodo dinamico sia in grado di simulare l’influenza delle inerzie delle strutture. A seguito della variazione della temperatura esterna gli elementi a bassa inerzia tendono a far variare il carico di riscaldamento in modo più rapido e più accentuato, mentre gli elementi ad alta inerzia generano un carico più attenuato e sfasato nel tempo come evidenziato nella tabella sottostante:

Dato che gli elementi hanno stessa conducibilità termica, possiamo notare come nel complesso l’energia totale richiesta dall’edificio sia all’incirca la stessa. Nonostante in questo esempio teorico, l’efficienza finale dell’involucro rimanga pressoché costante, in un caso reale non sarebbe così, in quanto il modo con cui i carichi di trasmissione degli opachi vanno ad interagire con la somma dei carichi interni ed esterni dell’edificio incide sul valore finale dei fabbisogni dell’edificio. Avere ad esempio il carico di trasmissione in controfase con i carichi di ventilazione o con altri carichi permette di sfruttare correttamente gli sfasamenti dei picchi di calore massimizzando un eventuale risparmio energetico.

Visto che il metodo dinamico calcola per ogni ora la temperatura di tutti nodi dei componenti dell’involucro, è possibile analizzare come varia la temperatura dei nodi stessi con il trascorrere del tempo e osservare come vengono influenzati i flussi di calore che attraversano gli elementi opachi. Nel dettaglio è stato considerato il primo caso, ossia quello a bassa inerzia e i risultati suddivisi in tre fasi di intervalli temporali:

1. FASE1 - Equilibrio termico 0 – 24 h - in questa fase la temperatura esterna non subisce variazioni ed è pari a 20°C, i nodi e la temperatura interna posti in condizioni iniziali di 20°C tendono a permanere in condizioni di equilibrio e a non subire variazioni. Non si registrano flussi di calore e il fabbisogno è nullo.
2. FASE2 - Variazione della temperatura esterna 25-48 h - in questa fase la temperatura esterna passa da 20°C a 0°C, la temperatura dei nodi esterni inizia a diminuire rapidamente e per conduzione termica il raffreddamento si propaga velocemente ai nodi più interni. Lo strato di isolante permette di avere una temperatura maggiore dei nodi più interni dato che la caratteristica intrinseca di questo materiale è proprio quella di ostacolare il flusso termico. Descrivendo l’effetto da un punto di vista energetico possiamo dire che la differenza di temperatura è generata dal calore che fluisce dai nodi superficiali interni ai nodi superficiali esterni generando un carico termico sempre più crescente con il passare del tempo.
   
3. FASE3 – Ripristino della temperatura esterna 45-1000 h - in questa fase la temperatura esterna ritorna a 20°C, i nodi esterni risalgono di temperatura mentre i nodi centrali tendono a restare più freddi a causa della loro inerzia termica. Gli effetti capacitivi e conduttivi si mescolano generando due flussi di calore che tendono ad alzare la temperatura dei nodi centrali. Il primo flusso scorre dall’esterno verso i nodi centrali e il secondo flusso scorre dall’interno verso i nodi centrali, quest’ultimo è l’effetto che continua a produrre il raffreddamento dei nodi superficiali interni e a generare il carico di trasmissione. In altre parole, il riscaldamento dei nodi centrali tende a raffreddare i nodi più prossimi alla superficie interna, generando un picco di carico che per questo esempio è prossimo alla 65^a ora, momento in cui la temperatura superficiale interna è più bassa. Con il passare del tempo tutti i nodi tendono a tornare alla temperatura di equilibrio e i fabbisogni a ridursi fino quasi ad annullarsi. Il carico con il tempo non si annulla a causa dei carichi di trasmissione dovuto all’elemento a contatto con il terreno.
   

Un’ulteriore analisi interessante si ottiene andando a confrontare la temperatura dei nodi nei casi a diversa inerzia ad alcune ore di simulazione.

Nella Fase 2 i nodi dei materiali con maggiore inerzia tendono a raffreddarsi più lentamente, all’ora 48, ossia al termine della prima variazione di temperatura esterna, tutti i nodi del caso con materiali ad alta inerzia hanno una temperatura maggiore e quindi il valore assoluto del carico di trasmissione sarà inferiore rispetto ai casi con inerzia più bassa.

Una volta riportata la temperatura esterna a 20°C (Fase3), è possibile notare come nelle ore iniziali la temperatura superficiale interna del caso a bassa inerzia sia la più bassa ma col passare del tempo questa tenda a salire più rapidamente superando prima la temperatura del caso a Inerzia intermedia e poi quella del caso ad Alta inerzia. Nell’ultimo grafico (ora 200) si può notare come l’andamento delle temperature superficiali sia invertito (rispetto ad esempio all’ora 80), confermando il comportamento visto nel grafico dei carichi, ossia che la maggior inerzia termica delle strutture genera un carico più attenuato ma persistente nel tempo.

Grazie al calcolo delle temperatura dei nodi, il metodo dinamico, permette di analizzare anche i diversi effetti prodotti da una differente posizione dei materiali all’interno della stratigrafia. Come già osservato in precedenza, la posizione dell’isolante incide sulla distribuzione della temperatura dell’elemento opaco e per notare questo, nell’analisi sucessiva sono stati confrontati tre casi aventi la seguente posizione dell’isolante:

1. Isolante Esterno
2. Isolante nella Mezzeria
3. Isolante Interno

In queste simulazioni valgono tutte le ipotesi e le condizioni iniziali dell’analisi precedente e come materiali sono stati scelti quelli del caso con inerzia intermedia.

Sebbene la variazione del carico di trasmissione sia più contenuto rispetto all’analisi precedente, si può notare come il caso con isolante posto all’esterno tenda a ridurre il carico di picco e a produrre un maggiore sfasamento. L’isolante esterno tende infatti ad attenuare l’effetto della variazione di temperatura esterna e tende a massimizzare l’effetto di inerzia delle strutture.

L’isolante interno espone maggiormente la struttura alla sollecitazione di temperatura esterna e questo si nota dal fatto che la temperatura dei nodi è mediamente più bassa. Sebbene questo non influisca in modo particolare sul carico di picco e sullo sfasamento (dato che le differenze con il caso con isolante nella mezzeria sono molto limitate), le temperature inferiori possono invece incidere sulla presenza di condensa interstiziale nei vari strati che compongono il materiale. Come noto, infatti, le condizioni più critiche si ottengono nei punti a più bassa temperatura dove la pressione di vapore tende a essere più elevata e prossima a quella di saturazione.

Il Metodo Dinamico Orario secondo UNI 52016 è un sistema di calcolo che permette la stima delle temperature interne e dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento degli ambienti che compongono le zone termiche di un edificio. Tali risultati sono calcolati tramite la ripetuta risoluzione di un sistema, composto da equazioni di bilancio energetico ottenute dalla suddivisione in nodi delle strutture opache che compongono l’edificio. Il metodo di calcolo sfrutta il principio RC (resistivo-capacitivo) che permette di ottenere una simulazione dettagliata di come il flusso di calore attraversa la struttura opaca spinto dalla differenza di temperatura tra i nodi stessi

Secondo questo metodo l’energia che entra in un nodo viene in parte accumulata all’interno del materiale e in parte ceduta al nodo successivo. Per ogni nodo è quindi necessario definire un valore di capacità e conduttanza termica dato che la quantità di energia immagazzinata e ceduta dipende appunto da questi valori.

Attraverso la risoluzione del sistema è possibile ottenere le temperature dei nodi (dato che queste sono proprio le incognite del sistema); i valori così ottenuti vengono usati come condizioni iniziali per il calcolo delle temperature dell’ora successiva. Ripetendo questa procedura per tutte le ore dell’anno, è possibile valutare come le temperature dei nodi cambiano nel tempo e stimare la direzione e la quantità del flusso energetico che attraversa le strutture. Questo metodo permette infatti di calcolare l’effettiva quota di calore che viene trasferita all’ambiente interno e la quota che viene invece riversata verso l’esterno senza produrre alcun effetto utile.

Anche se la UNI 52016 usa il termine nodo, a causa dell’analogia con il metodo RC, nella realtà va ricordato che il modello si applica a delle superfici, dato che le strutture opache vengono suddivise in “sottostrati” virtuali rispetto alla stratigrafia del componente stesso. Possiamo utilizzare il termine nodo se ipotizziamo di concentrare tutta la massa del materiale in un singolo punto baricentrico allo strato stesso ma, a livello matematico e fisico, è importante ricordare che i valori di capacità termica e di resistenza dell’internodo sono sempre riferiti per unità di superficie [m²].

Al momento esistono due principali regole di suddivisioni in nodi delle strutture opache:

1. Secondo Normativa UNI 52016
2. Secondo Allegato Nazionale

La prima regola consiste nella divisione di tutte le strutture opache sempre in 5 nodi, i cui valori di capacità termica cambiano a seconda di come è realizzata la stratigrafia.

La seconda regola (che è quella implementata in MC11300 ed emanata dal CTI) prevede invece di suddividere il componente in un numero di nodi che dipende dalle caratteristiche fisiche di ogni materiale e dal loro spessore. Con questa regola il numero di nodi può variare da componente a componente, ed essendo tendenzialmente maggiore di 5, rende il calcolo più dettagliato rispetto alla regola della UNI 52016.

Nel dettaglio il Numero di Nodi dello strato di materiale j si ottiene con la seguente equazione:

Per ciascun nodo ottenuto da questa suddivisione è ora necessario calcolare il valore di Capacità Termica e Conduttanza Termica per unità di superficie mediante la regola prevista dalla Tabella 10--bis dell’allegato Nazionale:

Noti i valori capacità e conduttanza è possibile ora analizzare le equazioni di bilancio energetico associate ai nodi che andranno a comporre il sistema del metodo dinamico:

Nodo Superficie Interna:

Nodo Interno:

Nodo Superficie Esterna (non valida per elementi confinanti col terreno):

Le regole di suddivisione in nodi e le equazioni di bilancio energetico per le superfici interne e per i nodi interni sono valide anche per gli elementi a contatto con il terreno, cambia invece il modello che considera gli strati adiacenti al terreno.

Il modello, che si rifà alla UNI EN 13370, prevede l’aggiunta di 2 strati aggiuntivi lato terreno:

1. Il primo strato a contatto con l’ultimo strato esterno dell’elemento è formato da 0,5 m di terreno avente conducibilità, densità e capacità termica del terreno su cui giace l’edificio.
2. Il secondo strato (il più esterno) è uno strato virtuale avente Resistenza Termica calcolata secondo UNI EN ISO 13370, spessore di 0,1 m e una temperatura del nodo superficiale esterna che varia mensilmente secondo la seguente equazione:

Per comprendere come il modello RC viene applicato, è stato realizzato un esempio teorico, applicato su un edificio astratto avente geometria cubica con lato di 10 m.

L’obiettivo di questo esempio è quello di sottoporre l’edificio a una sollecitazione termica esterna e vedere come questa incide sulle strutture e sulle condizioni interne dell’edificio. In particolare, si andrà ad osservare come il sistema di riscaldamento interverrà per mantenere la temperatura interna costante pari a 20°C.

L’esempio verrà descritto dettagliatamente nel prossimo articolo e analizzerà come la capacità termica dei materiali e la posizione degli isolanti nella stratigrafia degli elementi opachi incidono sul metodo dinamico e sui risultati.

Con l’approvazione della legge Europea “FIT For 55” finalizzata alla riduzione di almeno il 55% di immissioni di gas serra entro il 2030 e il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050, il Parlamento Europeo ha approvato una serie di direttive finalizzate alla riduzione dei consumi energetici che riguardano non solo il settore industriale e dell’automotive ma anche quello degli edifici. Con questo obiettivo, il 14 marzo 2023, il Parlamento Europeo ha approvato la direttiva EPBD IV (Energy Performance of Buildings Directive), che presenta numerose disposizioni, tra cui anche una nuova metodologia per il calcolo della prestazione energetica integrata degli edifici e delle unità immobiliari, come riportato nell’allegato 1 della Direttiva stessa:

Il fabbisogno e il consumo di energia per il riscaldamento, il raffrescamento di ambienti, la produzione di acqua calda sanitaria per uso domestico, la ventilazione, l’illuminazione integrata e altri sistemi tecnici per l’edilizia, sono calcolati facendo uso di intervalli di calcolo del tempo orari o suborari, in modo da tenere conto delle condizioni variabili che incidono sensibilmente sul funzionamento e sulle prestazioni dell’impianto, come pure sulle condizioni interne, e da ottimizzare il livello di costi, il benessere, la qualità dell’ambiente interno e il comfort, come definiti dagli Stati membri a livello nazionale o regionale. Il calcolo include una stima della capacità di risposta termica dell'edificio e della sua capacità di offrire flessibilità alla rete energetica.

Attualmente la serie di normative tecniche previste dalla direttiva EPBD per la valutazione delle prestazioni energetiche dell’edificio è la UNI EN ISO 52000. Di questo pacchetto di normative, la UNI 52016, è quella che prescrive il calcolo che permette la stima dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento e delle temperature interne degli ambienti che compongono le zone termiche di un edificio attraverso una analisi dinamica oraria.

Con i prossimi articoli verranno analizzate le principali differenze tra il metodo semi-stazionario medio mensile previsto dalle UNI TS 11300 e il metodo dinamico secondo UNI EN ISO 52016, si tratterà dei dati di input per lo svolgimento del calcolo fino ad arrivare a vedere nel dettaglio come il metodo stima i fabbisogni di riscaldamento o raffrescamento dell’edificio.

Per il momento è necessario sapere che il metodo prescrive una suddivisione delle strutture opache in nodi, per ciascuno dei quali è prevista un’equazione di bilancio energetico. La risoluzione del sistema composto dalle equazioni dei nodi e da una equazione di bilancio energetico globale di zona permette di ottenere i valori di temperatura dei nodi e quindi la temperatura dell’aria interna nell’ora considerata.

Ripetendo questa procedura per l’ora successiva, utilizzando i risultati come condizioni iniziali, è possibile analizzare dinamicamente come i vari carichi interagiscono con i componenti dell’edificio generando i fabbisogni di riscaldamento e raffrescamento necessari a mantenere le condizioni interne di progetto.

Per un’analisi di questo tipo, è essenziale disporre per ogni ora dell’anno dei dati climatici della località del sito dell’edificio. Sono necessari dunque valori orari di Temperatura Esterna, Irraggiamento, Vento, e Umidità Relativa ma queste non sono le uniche condizioni da considerare, oltre a queste sollecitazioni esterne si aggiungono quelle interne come i carichi endogeni, la ventilazione, il comportamento dei terminali di impianto di condizionamento, la loro tipologia e la loro regolazione.

Mentre i dati climatici sono ricavabili da archivi di dati presenti in letteratura (in particolare MC11300 utilizza il database di dati climatici provinciali forniti dal CTI), i carichi endogeni e di ventilazione dipendono dalla tipologia e dall’uso dell’edificio e pertanto devono essere definiti dall’utente in fase di analisi. Potendo entrare nel dettaglio orario è possibile definire i profili di temperatura interna desiderata dei carichi interni e dei carichi ventilazione.

Di seguito vengono mostrate le principali differenze tra il metodo semi-stazionario e il metodo dinamico:

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Il 26 luglio in commissione ambiente il sottosegretario del MASE (ministero dell’Ambiente e delle Sicurezza Energetica) Claudio Barbaro, ha risposto all’interrogazione n. 5-00699 posta dalla deputata del M5S Ilaria Fontana riguardo agli aggiornamenti previsti per il decreto interministeriale 26 giugno 2015 (Decreto Requisiti Minimi).

In tale sede il sottosegretario Barbaro ha confermato che è in fase di condivisione lo Schema di decreto Interministeriale che andrà ad aggiornare decreto ministeriale del Ministero dello Sviluppo economico del 26 giugno 2015, Barbaro rammenta che il processo di approvazione prevede il concerto con il Ministro delle infrastrutture e, per i profili di competenza, con il Ministro della salute nonché con il Ministro della difesa.

Lo schema di Decreto introduce nuove disposizioni finalizzate a favorire l’installazione, ove possibile, di sistemi tecnici per l’edilizia più efficienti con controllo e regolazione più avanzati.

Lo stesso schema introduce discipline riguardanti il benessere termo-igrometrico degli ambienti interni, la sicurezza in caso di incendi e la limitazione dei rischi connessi all'attività sismica, ponendo così elementi che sono volti all'integrazione di normative trasversali che esplicano la loro azione sugli edifici.

Il Decreto terrà in considerazione anche le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici negli edifici.

Infine si prevede un aggiornamento dei requisiti per le pompe di calore, alla luce del mutato approccio in ambito di Ecodesign, in cui le performance sono definite sul rendimento stagionale piuttosto che su quello nominale.

A fronte di questa notizia e in attesa del testo integrale e definitivo, sembrerebbe confermata l’assenza di modifiche sostanziali riguardo i principali requisiti del decreto, questo motivato dall’analisi condotta da ENEA nel 2018, che per gli edifici esistenti ha mostrato che i requisiti vigenti sono ancora decisamente sfidanti, soprattutto per i componenti opachi verticali e i serramenti.

Per gli edifici di nuova costruzione (obbligatoriamente nZEB) i requisiti più restrittivi previsti dall’attuale decreto dal 1° gennaio 2021, rafforzati dai nuovi requisiti di sfruttamento delle fonti rinnovabili del decreto 199/2021, rendono l’attuale situazione ancora in grado di rappresentare un buon rapporto tra costi e benefici senza la necessità di ulteriori modifiche.

Nonostante ciò, a seguito della pubblicazione del decreto di recepimento della EPBD III (D.lgs. 48/2020), si vede comunque la necessità di un aggiornamento e si presentano pertanto le principali novità:

• Nuovi Requisiti Introdotti dalla Normativa Europea e Nazionale
1. Per i nuovi edifici e gli edifici sottoposti a ristrutturazioni importanti:
   • i requisiti minimi forniscono indicazioni per tener conto in maniera opportuna del benessere termo‐igrometrico degli ambienti interni, della sicurezza antincendio e sismica;
   • in fase di progettazione si dovrà tenere conto della fattibilità tecnica, funzionale, ambientale ed economica dei sistemi alternativi ad alta efficienza, se disponibili;
2. per gli edifici non residenziali con impianti termici di potenza superiore a 290 kW, ove tecnicamente ed economicamente fattibile, sarà necessario installare sistemi di automazione e controllo, entro il 1° gennaio 2025; tale obbligo sarà esente qualora l’intervento abbia un tempo ritorno dell’investimento superiore a 6 anni;
3. per i generatori di calore, sia per  nuovi edifici sia per gli edifici esistenti, in caso di sostituzione, ove tecnicamente ed economicamente fattibile, sarà necessario installare dispositivi autoregolanti che controllino separatamente la temperatura in ogni vano oppure, ove giustificabile, in una determinata zona riscaldata o raffrescata dell’unità immobiliare;
4. per i sistemi tecnici per l’edilizia, sia per i nuovi edifici, sia per gli edifici esistenti in caso di interventi su di essi, i requisiti minimi dovranno comprendere il rendimento energetico globale, assicurare la corretta installazione e dimensionamento, prevedere adeguati sistemi di regolazione e controllo, eventualmente differenziandoli per i casi di installazione in edifici nuovi o esistenti.

•  Modifica del metodo di Verifica del coefficiente H’_T
  Il coefficiente medio globale di scambio termico H’_T, è una media pesata dei coefficienti di scambio termico degli elementi disperdenti dell’edificio e si calcola con la seguente equazione:
  
  H’_T = H_tr,adj /  Σ k A_k [W/m²K]

   

  H_tr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione dell'involucro calcolato con la UNI/TS 11300-1 (W/K)

  A_k è la superficie del k-esimo componente (opaco o trasparente) costituente l'involucro (m²)

   Attualmente tale coefficiente deve essere verificato nel caso di nuova costruzione, ampliamenti o ristrutturazioni di I livello e il valore deve essere inferiore al valore massimo ammissibile riportato nella tabella 10 dell'Appendice A del DM 26/06/2015, i cui limiti variano in funzione del rapporto di forma S/V e della zona climatica.

  Il coefficiente viene calcolato sulle strutture oggetto di intervento nel caso di riqualificazioni o ristrutturazioni di II livello e in tutti i casi vengono considerati nel calcolo sia le superfici vetrate che i ponti termici.

  Lo scopo della verifica di tale coefficiente è quella di ottimizzare la prestazione energetica dell’intero involucro edilizio ma fin da subito si sono verificate delle criticità soprattutto negli edifici aventi grosse porzioni di superfici vetrate, le quali tendono ad avere valori di trasmittanza termica superiore rispetto ai componenti opachi isolati.

  Il seguente grafico, realizzato analizzando con MC11300 un edifico residenziale di nuova costruzione situato a Roma, mostra come varia il coefficiente H’_T al variare della percentuale di superficie vetrata rispetto quella opaca:

  

  Il grafico mostra la problematica sopra espressa e per questo motivo la proposta di revisione del Decreto propone di differenziare la verifica sulla base della tipologia d’intervento:

• Per gli edifici di nuova costruzione e demolizione/costruzione non verrà apportata alcuna modifica.
• Per le ristrutturazioni importanti di primo livello saranno proposti nuovi limiti che non saranno più in funzione di S/V ma saranno in funzione del rapporto tra superficie vetrata e superficie opaca e della zona climatica.
• Per le ristrutturazioni importanti di primo livello la verifica del coefficiente H’T verrà eliminata.

• Nuova Verifica Dei Ponti Termici

  Attualmente l’edificio di riferimento per la verifica degli indici prestazionali dell’involucro non considera la presenza dei ponti termici e questo potrebbe penalizzare le strutture che presentano maggiori discontinuità termiche.

  A titolo di esempio si mostra, con le immagini sottostanti, come variano gli indici prestazionali di un edifico residenziale di nuova costruzione situato a Roma nel caso vengano considerati i ponti termici dei balconi. Il confronto mostra come a seguito della penalizzazione del fabbisogno di energia utile invernale (Ep_H,nd) dovuto ai balconi non corrisponda una variazione del fabbisogno dell’edificio di riferimento, con conseguente mancato superamento dei limiti imposti dal decreto.

    Edificio senza Balconi

    Stesso Edificio con Balconi

  Per questo motivo il nuovo schema presenta le seguenti proposte:

  • Per gli edifici di nuova costruzione, demolizione/costruzione e le ristrutturazioni importanti di primo livello verranno applicati all’edificio di riferimento ponti termici uguali a quelli definiti con valori di trasmittanza lineica predefiniti.
  • Per le ristrutturazioni importanti di secondo livello per cui non è richiesto il confronto con l’edificio di riferimento sarà inserita una nuova verifica per le superfici opache che dovranno avere trasmittanza termica comprensiva dei ponti termici inferiore ai limiti tabellati del decreto.
  • Per le riqualificazioni energetiche, in cui si opera su una superficie inferiore al 25% di quella disperdente, non sarà necessaria una verifica dei ponti termici.

•  Nuovo Metodo di Calcolo dei fattori di conversione dell’energia consegnata da reti di teleriscaldamento

  Un’altra criticità riscontrata riguarda il metodo di allocazione per il calcolo dei fattori di conversione in energia primaria dell’energia consegnata da reti di teleriscaldamento.

  L’attuale metodo determina per gli impianti di cogenerazione ad altissima efficienza dei fattori di conversione energetici penalizzanti con conseguente riduzione del fattore Ep_gl,nren dell’edificio col rischio di limitare lo sfruttamento energetico di tali sistemi.

  Per valorizzare il parco dei teleriscaldamenti italiani più efficienti della media di quelli europei, si proporrà di modificare il metodo attuale con quello “di Carnot” che determina in maniera diretta il combustibile effettivamente associato alla produzione di calore.

  Questo metodo permette un calcolo della quantità di combustibile effettivamente impiegato per la produzione di energia termica senza necessitare di fattori di conversione del vettore elettrico. La sua semplicità di applicazione lo rende adatto a tutte le tipologie di impianti di cogenerazione senza la necessità di scorporare o segregare le componenti di pura cogenerazione dall’intero periodo di funzionamento del sistema.

• Integrazione delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici

  La proposta riguarda gli edifici con parcheggi aventi più di 10 posti auto. Per gli edifici residenziali, vi saranno solo prescrizioni per le infrastrutture di canalizzazione mentre per gli edifici non residenziali, vi sarà anche un obbligo minimo di punti di ricarica che saranno crescenti in funzione del numero di posti auto. Per quest'ultima tipologia di edifici verranno differenziati i vincoli a seconda che i parcheggi siano ad accesso pubblico o privato.

  Secondo la proposta tali obblighi saranno di immediata applicazione per i nuovi edifici, mentre è da realizzarsi entro il 1° gennaio 2025 per gli edifici esistenti.